据报道，在-20℃时锂离子電(diàn)池放電(diàn)容量只有(yǒu)室温时的31.5%左右。传统锂离子電(diàn)池工作温度在-20~+55℃之间。但是在航空航天、军工、電(diàn)动車(chē)等领域，要求電(diàn)池能(néng)在-40℃正常工作。因此，改善锂离子電(diàn)池低温性质具有(yǒu)重大意义。
制约锂离子電(diàn)池低温性能(néng)的因素
低温环境下，電(diàn)解液的黏度增大，甚至部分(fēn)凝固，导致锂离子電(diàn)池的导電(diàn)率下降。
低温环境下電(diàn)解液与负极、隔膜之间的相容性变差。
低温环境下锂离子電(diàn)池的负极析出锂严重，并且析出的金属锂与電(diàn)解液反应，其产物(wù)沉积导致固态電(diàn)解质界面（SEI）厚度增加。
低温环境下锂离子電(diàn)池在活性物(wù)质内部扩散系统降低，電(diàn)荷转移阻抗（Rct）显著增大。
对于影响锂离子電(diàn)池低温性能(néng)因素的探讨
专家观点一：電(diàn)解液对锂离子電(diàn)池低温性能(néng)的影响最大，電(diàn)解液的成分(fēn)及物(wù)化性能(néng)对電(diàn)池低温性能(néng)有(yǒu)重要影响。
電(diàn)池低温下循环面临的问题是：電(diàn)解液粘度会变大，离子传导速度变慢，造成外電(diàn)路電(diàn)子迁移速度不匹配，因此電(diàn)池出现严重极化，充放電(diàn)容量出现急剧降低。尤其当低温充電(diàn)时，锂离子很(hěn)容易在负极表面形成锂枝晶，导致電(diàn)池失效。
電(diàn)解液的低温性能(néng)与電(diàn)解液自身電(diàn)导率的大小(xiǎo)关系密切，電(diàn)导率大電(diàn)解液的传输离子快，低温下可(kě)以发挥出更多(duō)的容量。
電(diàn)解液中的锂盐解离的越多(duō)，迁移数目就越多(duō)，電(diàn)导率就越高。電(diàn)导率高，离子传导速率越快，所受极化就越小(xiǎo)，在低温下電(diàn)池的性能(néng)表现越好。因此较高的電(diàn)导率是实现锂离子蓄電(diàn)池良好低温性能(néng)的必要条件。
電(diàn)解液的電(diàn)导率与電(diàn)解液的组成成分(fēn)有(yǒu)关，减小(xiǎo)溶剂的粘度是提高電(diàn)解液電(diàn)导率的途径之一。溶剂低温下溶剂良好的流动性是离子运输的保障，而低温下電(diàn)解液在负极所形成的固體(tǐ)電(diàn)解质膜也是影响锂离子传导的关键，且RSEI為(wèi)锂离子電(diàn)池在低温环境下的主要阻抗。
专家二：限制锂离子電(diàn)池低温性能(néng)的主要因素是低温下急剧增加的Li+扩散阻抗，而并非SEI膜。
锂离子電(diàn)池正极材料的低温特性
1、层状结构正极材料的低温特性
层状结构，既拥有(yǒu)一维锂离子扩散通道所不可(kě)比拟的倍率性能(néng)，又(yòu)拥有(yǒu)三维通道的结构稳定性，是最早商(shāng)用(yòng)的锂离子電(diàn)池正极材料。其代表性物(wù)质有(yǒu)LiCoO2、Li(Co1-xNix)O2和Li(Ni,Co,Mn)O2等。
謝(xiè)晓华等以LiCoO2/MCMB為(wèi)研究对象，测试了其低温充放電(diàn)特性。
结果显示，随着温度的降低，其放電(diàn)平台由3.762V(0℃)下降到3.207V(–30℃)；其電(diàn)池总容量也由78.98mA·h(0℃)锐减到68.55mA·h(–30℃)。
2、尖晶石结构正极材料的低温特性
尖晶石结构LiMn2O4正极材料，由于不含Co元素，故而具有(yǒu)成本低、无毒性的优势。
然而，Mn价态多(duō)变和Mn3+的Jahn-Teller效应，导致该组分(fēn)存在着结构不稳定和可(kě)逆性差等问题。
彭正顺等指出，不同制备方法对LiMn2O4正极材料的電(diàn)化學(xué)性能(néng)影响较大，以Rct為(wèi)例：高温固相法合成的LiMn2O4的Rct明显高于溶胶凝胶法合成的，且这一现象在锂离子扩散系数上也有(yǒu)所體(tǐ)现。究其原因，主要是由于不同合成方法对产物(wù)结晶度和形貌影响较大。
3、磷酸盐體(tǐ)系正极材料的低温特性
LiFePO4因绝佳的體(tǐ)积稳定性和安全性，和三元材料一起，成為(wèi)目前动力電(diàn)池正极材料的主體(tǐ)。磷酸铁锂低温性能(néng)差主要是因為(wèi)其材料本身為(wèi)绝缘體(tǐ)，電(diàn)子导電(diàn)率低，锂离子扩散性差，低温下导電(diàn)性差，使得電(diàn)池内阻增加，所受极化影响大，電(diàn)池充放電(diàn)受阻，因此低温性能(néng)不理(lǐ)想。
谷亦杰等在研究低温下LiFePO4的充放電(diàn)行為(wèi)时发现，其库伦效率从55℃的100%分(fēn)别下降到0℃时的96%和–20℃时的64%；放電(diàn)電(diàn)压从55℃时的3.11V递减到–20℃时的2.62V。
Xing等利用(yòng)纳米碳对LiFePO4进行改性，发现，添加纳米碳导電(diàn)剂后，LiFePO4的電(diàn)化學(xué)性能(néng)对温度的敏感性降低，低温性能(néng)得到改善；改性后LiFePO4的放電(diàn)電(diàn)压从25℃时的3.40V下降到–25℃时的3.09V，降低幅度仅為(wèi)9.12%；且其在–25℃时電(diàn)池效率為(wèi)57.3%，高于不含纳米碳导電(diàn)剂的53.4%。
近来，LiMnPO4引起了人们浓厚的兴趣。研究发现，LiMnPO4具有(yǒu)高電(diàn)位(4.1V)、无污染、价格低、比容量大(170mAh/g)等优点。然而，由于LiMnPO4比LiFePO4更低的离子電(diàn)导率，故在实际中常常利用(yòng)Fe部分(fēn)取代Mn形成LiMn0.8Fe0.2PO4固溶體(tǐ)。
锂离子電(diàn)池负极材料的低温特性
相对于正极材料而言，锂离子電(diàn)池负极材料的低温恶化现象更為(wèi)严重，主要有(yǒu)以下3个原因：
低温大倍率充放電(diàn)时電(diàn)池极化严重，负极表面金属锂大量沉积，且金属锂与電(diàn)解液的反应产物(wù)一般不具有(yǒu)导電(diàn)性；
从热力學(xué)角度，電(diàn)解液中含有(yǒu)大量 C–O、C–N 等极性基团，能(néng)与负极材料反应，所形成的 SEI 膜更易受低温影响；
碳负极在低温下嵌锂困难，存在充放電(diàn)不对称性。
低温電(diàn)解液的研究
電(diàn)解液在锂离子電(diàn)池中承担着传递 Li+ 的作用(yòng)，其离子電(diàn)导率和 SEI 成膜性能(néng)对電(diàn)池低温性能(néng)影响显著。判断低温用(yòng)電(diàn)解液优劣，有(yǒu)3个主要指标：离子電(diàn)导率、電(diàn)化學(xué)窗口和電(diàn)极反应活性。
而这3个指标的水平，在很(hěn)大程度上取决于其组成材料：溶剂、電(diàn)解质(锂盐)、添加剂。因此，電(diàn)解液的各部分(fēn)低温性能(néng)的研究，对理(lǐ)解和改善電(diàn)池的低温性能(néng)，具有(yǒu)重要的意义。
EC 基電(diàn)解液低温特性相比链状碳酸酯而言，环状碳酸酯结构紧密、作用(yòng)力大，具有(yǒu)较高的熔点和黏度。但是、环状结构带来的大的极性，使其往往具有(yǒu)很(hěn)大的介電(diàn)常数。
EC 溶剂的大介電(diàn)常数、高离子导電(diàn)率、绝佳成膜性能(néng)，有(yǒu)效防止溶剂分(fēn)子共插入，使其具有(yǒu)不可(kě)或缺的地位，所以，常用(yòng)低温電(diàn)解液體(tǐ)系大都以EC為(wèi)基，再混合低熔点的小(xiǎo)分(fēn)子溶剂。
锂盐是電(diàn)解液的重要组成。锂盐在電(diàn)解液中不 仅能(néng)够提高溶液的离子電(diàn)导率，还能(néng)降低 Li+ 在溶液中的扩散距离。一般而言，溶液中的Li+浓度越大，其离子電(diàn)导率也越大。
但電(diàn)解液中的锂离子浓度与锂盐的浓度并非呈線(xiàn)性相关，而是呈抛物(wù)線(xiàn)状。这是因為(wèi)，溶剂中锂离子浓度取决于锂盐在溶剂中的离解作用(yòng)和缔合作用(yòng)的强弱。
低温電(diàn)解液的研究
除電(diàn)池组成本身外，在实际操作中的工艺因素， 也会对電(diàn)池性能(néng)产生很(hěn)大影响。
(1) 制备工艺。Yaqub 等研究了電(diàn)极荷载及 涂覆厚度对 LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2 /Graphite 電(diàn)池低温性能(néng)的影响发现，就容量保持率而言，電(diàn)极荷载 越小(xiǎo)，涂覆层越薄，其低温性能(néng)越好。
(2) 充放電(diàn)状态。Petzl 等研究了低温充放電(diàn) 状态对電(diàn)池循环寿命的影响，发现，放電(diàn)深度较大时，会引起较大的容量损失，且降低循环寿命。
(3) 其它因素。電(diàn)极的表面积、孔径、電(diàn)极密度、電(diàn)极与電(diàn)解液的润湿性及隔膜等，均影响着锂离子電(diàn)池的低温性能(néng)。另外，材料和工艺的缺陷对電(diàn)池低温性能(néng)的影响也不容忽视。
总结
為(wèi)保证锂离子電(diàn)池的低温性能(néng)，需要做好以下几点：
(1) 形成薄而致密的 SEI 膜；
(2) 保证 Li+ 在活性物(wù)质中具有(yǒu)较大的扩散系数；
(3) 電(diàn)解液在低温下具有(yǒu)高的离子電(diàn)导率。
此外，研究中还可(kě)另辟蹊径，将目光投向另一类锂离子電(diàn)池——全固态锂离子電(diàn)池。相较常规的锂离子電(diàn)池而言，全固态锂离子電(diàn)池，尤其是全固态薄膜锂离子電(diàn)池，有(yǒu)望彻底解决電(diàn)池在低温下使用(yòng)的容量衰减问题和循环安全问题。
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